桩基负摩擦阻力造成建筑物不均匀沉降分析

桩基负摩擦阻力造成建筑物不均匀沉降分析

冯婉娇

深圳市华阳国际工程设计股份有限公司518045

摘要：桩基在使用期间的负摩擦力可能产生非常大的下拉荷载和沉降，使基础产生的不均匀沉降，对建筑物造成危害，结合桩基负摩擦力产生的机理及计算方法，分析建筑物出现不均匀沉降原因。

1、桩基负摩擦力产生原因

在地基中的桩，桩侧表面与土之间存在着摩擦阻力，桩侧表面摩擦阻力的方向取决于桩与周围地基土之间的相对位移。在正常情况下，桩顶受竖向荷载作用下沉，若桩的下沉速率大于地基土的下沉速率，地基土对桩侧面就会产生向上作用的摩擦阻力，作用于桩侧单位面积上的这个力称为正摩擦力，它对桩起支承作用；但当地基土为新填土或欠固结土时，由于土层产生自重沉降，当桩周围土层的沉降量大于桩的沉降量时，即产生向下的摩擦阻力，作用于桩侧单位面积上的这个力称为负摩阻力。负摩阻力产生的原因有很多，主要原因如下：

（1）桩穿过欠压密的软粘土或新填土，软土自身固结下沉量大于桩身沉降；

（2）在桩周有大面积堆载使土体产生压缩、下沉；

（3）在正常固结软粘土和粉土地区，当桩侧土因抽水或其他原因导致地下水位全面下降，使土的有效应力增加引起大面积土层沉降；

（4）穿过饱和软土的端桩或摩擦端承桩在群桩施工结束后孔隙水压力消散隆起的土体逐渐固结下沉。

2、桩基负摩擦阻力计算

详见中华人民共和国行业标准JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》5.4.4

3、工程实例

3.1工程概况

昆明某小区4#楼为8层框架-剪力墙结构体系，桩基形式采用PHC-A400（95）高强预应力管桩，桩外径为400mm，桩壁厚为95mm，桩身强度等级C80，桩端持力层为6层粘土。该楼于2010年建成，在工程期间总共进行了七次建筑物沉降观测，各栋楼沉降值在8.28～13.33mm，建筑物沉降值和倾斜率均符合国家相关规范的要求。2013年交付使用发现较大倾斜。该建筑物地处昆明湖积盆地的南部边缘地带，沉积环境复杂，根据钻探揭露深度范围内的地层结构及成因类型表明该场地内地基土层条件较为复杂，地层结构属多层型，具体场地土层分布如下：

①1素填土：为整平场地时的新近回填土，褐黄、褐红色，由粘性土混含少量碎石及块石组成

②1粉砂：褐黄、褐灰色，石英-长石质，均粒结构，饱和。

③泥炭质土：灰黑、黑色，主流塑状态，饱和，属高灵敏度土。整个场地均有分布。

③1淤泥质粘土：褐灰、浅灰、深灰色，以流塑状态为主，局部软塑状态，属中等灵敏度土。

④粉砂：灰、褐灰、兰灰、深灰等色，结构中密，局部稍密，饱和。

④1粉砂：灰、褐灰、兰灰、深灰等色，石，结构稍密，局部松散，饱和。

④3泥炭质土：灰黑、黑色，以流塑状态为主，局部软塑状态，饱和。

⑤1泥炭质土：灰黑、黑色，以软塑状态为主，局部流塑或可塑状态。

⑤粘土：褐灰、深灰、兰灰色，含少量碎石，可塑状态，整个场地均有分布。

⑤2粉砂：灰、深灰、兰灰色，结构中密，饱和。

⑥粘土：深灰、兰灰色，含少量碎石，以可塑状态为主，局部硬塑状态，干强度高，韧性高。整个场地均有分布。

⑥1粉砂：褐灰、深灰色，结构中密，饱和。整个场地均有分布。

3.2沉降情况

该工程竣工后，建筑物整体有较大沉降和不均匀沉降。截至2013年7月10日，该建筑累计最大沉降为296.6mm，累计最小沉降为112.2mm，累计最大沉降差为184.4mm，最大倾斜率为6‰；同一轴线上，横向最大沉降差为138.5mm，纵向最大沉降差为79.3mm，该筑物一侧的沉降均明显大于建筑物另一侧的沉降，这与建筑物上的裂缝发展走向是一致的。

3.3事故分析

本工程基桩为摩擦型桩，基桩穿越较厚松散填土进入相对较硬土层时，桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。基桩由于受临近场地大面积人工填土影响，造成本场地内泥炭质土、淤泥质粘土等软土产生流变（塑变），使得软土和上层填土沉降加剧，加大了负摩擦力作用，相应地增大了负摩擦产生的附加沉降。

填土和淤泥的压缩性强，本场地的填土为新近填土，自重固结尚未完成，在自重作用下会压缩固结。淤泥在上部填土的自重作用下会压缩变形。泥炭土的压缩性低，但流动性强。临近大型建设项目施工、填土、打桩、排水的场地距离本工程场地距离约50~60米。本场地自然地面以下约20米标高，存在⑤1泥炭质土，远距离的土体扰动更容易对深层软弱土层产生影响，导致其变形。⑤1泥炭质土自身变形的同时，将带动其上部土层共同沉降。因此，在计算负摩擦力时，软土下限深度应计算至⑤1泥炭质土层底面标高。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.4条，4#楼各勘察孔下拉荷载极限值计算如下表。

按最不利考虑单桩承载力取Ra=515KN（扣除下拉荷载）

4#楼采用勘察报告取值计算的沉降图及标准组合下最大反力图（JCCAD计算）

采用勘察报告取值计算的最大沉降值为284mm，最小沉降值为268mm，平均沉降值为275mm。

采用勘察报告取值计算的桩的承载力已不能满足上部结构荷载计算要求。

3、结论

从上述结果分析，深层土体⑤1泥炭质土被扰动产生变形，导致其上部土层共同产生沉降，增大了原有工程桩的负摩擦力，使原有工程桩有效承载力降低的同时产生了附加变形，使得建筑物沉降超过设计预定标准。

参考文献：

[1]许利东刘文连杨碧熊恩来鲍峰析桩基负摩擦力对工程的影响科学技术与工程2009；15（9）：4550-4553

[2]中华人民共和国行业标准JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2008